Pipeline HazardsIn the previous sub

Pipeline Hazards
In the previous subsection, we mentioned some of the situations that can result in
less than optimal pipeline performance. In this subsection, we examine this issue in
a more systematic way. Chapter 14 revisits this issue, in more detail, after we have introduced the complexities found in superscalar pipeline organizations.
A pipeline hazardoccurs when the pipeline, or some portion of the pipeline,
must stall because conditions do not permit continued execution. Such a pipeline
stall is also referred to as a pipeline bubble. There are three types of hazards:
resource, data, and control.
RESOURCE HAZARDSA resource hazard occurs when two (or more) instructions
that are already in the pipeline need the same resource. The result is that the instructions must be executed in serial rather than parallel for a portion of the
pipeline. A resource hazard is sometime referred to as a structural hazard.
Let us consider a simple example of a resource hazard.Assume a simplified fivestage pipeline, in which each stage takes one clock cycle. Figure 12.15a shows the ideal case, in which a new instruction enters the pipeline each clock cycle. Now assume that
main memory has a single port and that all instruction fetches and data reads and
writes must be performed one at a time. Further, ignore the cache. In this case, an
operand read to or write from memory cannot be performed in parallel with an in
struction fetch. This is illustrated in Figure 12.15b, which assumes that the source
operand for instruction I1 is in memory, rather than a register. Therefore, the fetch in
struction stage of the pipeline must idle for one cycle before beginning the instruction
fetch for instruction I3. The figure assumes that all other operands are in registers.
Another example of a resource conflict is a situation in which multiple in
structions are ready to enter the execute instruction phase and there is a single
ALU. One solutions to such resource hazards is to increase available resources, such
as having multiple ports into main memory and multiple ALU units.

Kết quả (Việt) 1:

Mối nguy hiểm đường ốngTrong tiểu mục trước đó, chúng tôi đề cập đến một số tình huống mà có thể dẫn đếnđường ống dẫn ít hơn tối ưu hiệu suất. Trong tiểu mục này, chúng ta xem xét vấn đề này trongmột cách có hệ thống hơn. Chương 14 revisits vấn đề này, cụ thể hơn, sau khi chúng tôi đã giới thiệu phức tạp tìm thấy trong các đường ống dẫn superscalar tổ chức.Hazardoccurs đường ống dẫn khi các đường ống dẫn, hoặc một số phần của các đường ống dẫn,phải đứng vì điều kiện cho phép tiếp tục thực hiện. Một đường ốnggian hàng cũng được gọi là một bong bóng đường ống. Đó là ba loại mối nguy hiểm:tài nguyên, dữ liệu và kiểm soát.Tài nguyên HAZARDSA nguồn nguy hiểm xảy ra khi hai (hoặc nhiều hơn) hướng dẫnđó là đã trong đường ống dẫn cần nguồn tài nguyên cùng một. Kết quả là các hướng dẫn phải được thực hiện trong sê-ri hơn là song song cho một phần của cácđường ống dẫn. Một mối nguy hiểm tài nguyên đôi khi được gọi là một mối nguy hiểm cấu trúc.Hãy để chúng tôi xem xét một ví dụ đơn giản của một mối nguy hiểm tài nguyên.Giả sử một đường ống dẫn đơn giản fivestage, trong đó mỗi giai đoạn có một đồng hồ chu kỳ. Hình vẽ 12.15a Hiển thị trường hợp lý tưởng, trong đó một hướng dẫn mới vào các đường ống dẫn mỗi chu kỳ đồng hồ. Bây giờ cho rằngbộ nhớ chính có một cổng và tất cả các hướng dẫn tải và các dữ liệu đọc vàviết phải là thực hiện một lúc một thời gian. Hơn nữa, bỏ qua bộ nhớ cache. Trong trường hợp này, mộtoperand đọc hoặc viết từ bộ nhớ không thể thực hiện song song với một trongstruction lấy. Điều này được minh họa trong hình 12.15b, giả định rằng nguồnoperand để được hướng dẫn I1 là trong bộ nhớ, chứ không phải là một đăng ký. Vì vậy, lấy trongstruction giai đoạn của các đường ống dẫn phải rảnh trong một chu kỳ trước khi bắt đầu hướng dẫnTìm nạp để được hướng dẫn I3. Các con số giả định rằng tất cả các operands khác đăng ký.Một ví dụ khác của một cuộc xung đột tài nguyên là một tình huống trong đó nhiều trongstructions đã sẵn sàng để nhập vào giai đoạn thực hiện hướng dẫn và có là một đĩa đơnALU. Một giải pháp cho các mối nguy hiểm tài nguyên như vậy là để tăng nguồn lực sẵn có, như vậycó nhiều cổng vào bộ nhớ chính và nhiều ALU đơn vị.